化工设备机械基础习题及答案

1.化工厂安装塔设备时，分段起吊塔体如图所示。设起吊重量G=10KN，求钢绳AB、BC

及BD的受力大小。设BC、BD与水平夹角为60℃。

2.桅杆式起重机由桅杆D、起重杆AB和钢丝BC用铰链A连接而组成。P＝20KN，试求

BC绳的拉力与铰链A的反力(AB杆重不计)。

3.起吊设备时为避免碰到栏杆，施一水平力P，设备重G=30KN，求水平力P及绳子拉

力T。

4.悬臂式壁架支承设备重P(KN)，壁架自重不计，求固定端的反力。

5.化工厂的塔设备，塔旁悬挂一侧塔。设沿塔高受风压q(N／m)，塔高H(m)，侧塔

与主塔中心相距为e(m)，主塔重P1(KN)，侧塔重P2(KN)。试求地面基础处的支座反力。

6.梯子由AB与AC两部分在A处用铰链联结而成，下部用水平软绳连接如图放在光滑

面上。在AC上作用有一垂直力P。如不计梯子自重，当P＝600N ，=75℃，h=3m，

a＝2m时，求绳的拉力的大小。

.7试用截面法求各杆件所标出的横截面上的内力和应力。杆的横截面面积A为250mm2，P=10KN。

8.一根直径d=3mm，长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN，其伸长为ΔL=。试求此杆横

截面上的应力与此材料的弹性模量E。

参考答案

9.一根钢杆，其弹性模量E=×105MPa，比例极限p=210MPa；在轴向拉力P作用下，纵向线应

变=。求此时杆横截面上的正应力。如果加大拉力P，使杆件的纵向线应变增加到=，问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定，为什么

10.两块Q235-A钢板用E4301焊条对焊起来作为拉杆，b=60mm，=10mm。已知钢板的许用应力

[]=160MPa，对接焊缝许用应力[]＝128MPa，拉力P=60KN。试校核其强度。

11.已知反应釜端盖上受气体内压力及垫圈上压紧力的合力为400KN，其法兰联接选用Q235-A钢

制M24的螺栓，螺栓的许用应力[]=54MPa，由螺纹标准查出M24螺栓的根径d=，试计算需要多少个螺栓(螺栓是沿圆周均匀分布，螺栓数应取4的倍数)。

12.简易支架可简化为图示的铰接三角形支架ABC。AB为圆钢杆，许用应力[]=140MPa；BC为

方木杆，许用应力[]=50MPa。若载荷P=40KN，试求两杆的横截面尺寸。

13.某设备的油缸，缸内工作压力P=2MPa，油缸内径D=75mm，活塞杆直径d=18mm，已知活塞杆

的[]=50MPa，试校核活塞杆的强度。

参考答案

1-13．解：横截面上的应力：

MP a

MP a，所以该活塞杆的强度不够。

因为：

截面均为长方形，边长a:b为1:4，若支座下的基础的许用应力[]=1MPa，试求垫板截面所需的尺寸。

15.试列出图示各梁的弯矩方程，并画弯矩图，求出M max。

16.一卧式贮耀，内径为1600mm，壁厚20mm，封头高H=450mm；支座位置如图，L=8000mm，

a=1000mm。内贮液体，包括贮罐自重在内，可简化为单位长度上的均布载荷q=28N／mm简化图如(b)。求罐体上的最大弯矩和弯曲应力。

17.悬臂管道托架上，支承管道重P=8MPa，l=500mm，梁用10号工字钢，材料的弯曲许用应力

[]=120MPa。问工字梁的强度是否足够。

18.分馏塔高H=20m ，塔内径为1000mm，壁厚6mm，塔与基础的固定方式可视为固端,作用在塔

体上的风载荷分两段计算，q1=420N/m,q2=600N/m。求风力引起的最大弯曲应力。

19.一卧式容器筒体部分，总重40KN，支撑在容器焊接架的托轮上，已知支承托轮A、B两轴的

直径d=50mm，材料的弯曲许用应力[]=120MPa。试校核该轴的强度。

20.空气泵的操作杆，右端受力P=8KN,I-I及II-II截面尺寸相同，均为h/b＝3的矩形。若操

作杆的材料的许用应力[]=150MPa。试设计I-I及II-II截面的尺寸。

21.横梁设计为矩形截面h/b＝3∶1，许用应力[]=160MPa，求此梁的最大挠度和最大转角。

钢材的弹性模量E=×105MPa。图中P=20KN,q=10KN/m，l=4m。

参考答案

22.销钉联接，已知P=18KN ，板厚t1=8mm，t2=5mm，销钉与板的材料相同，许用剪应力[]=60MPa，

许用挤压应力[jy]=200MPa，销钉直径d=16mm，试校核销钉强度。

23.齿轮与轴用平键联结，已知轴直径d=70mm，键的尺寸b×h×l=20×12×100（mm），传递的

力偶矩m=2KN·m，键材料的许用应力[]=80MPa，[jy]=200MPa，试校核健的强度。

24.已知圆轴输入功率N A=50KW，输出功率N C=30KW，N B=20KW。轴的转速n＝100转／分，

[]=40MPa，[]＝°／m，G=×104MPa。设计轴的直径d.

参考答案1-24 解：销钉所受的的最大剪应力为：

MP a

销钉所受的的最大挤压应力为：

MP a

25.某搅拌轴材质为45号钢，其许用应力[]=31MPa，轴的n＝20r/min，传递功率为N=5KW。试

求此实心轴的直径。

26.某化工厂的螺旋输送机，输入功率为7．2KW。现拟用外径D=50mm、内径d=40mm的热轧无缝

钢管做螺旋的轴，轴的转速n＝150r/min，材料的扭转许用剪应力[]=50MPa，问强度是否足够

27.某反应器的搅拌轴由功率N=6KW的电动机带动，轴的转速n＝40r/min ，由89×10(外径

89mm，壁厚10mm)制成，材料的许用剪应力[]=50MPa。试校核电动机输出额定功率时轴的强度。

28.一带有框式搅拌桨叶的主轴，其受力情况如图所示。搅拌轴由电动机经过减速箱及圆锥齿轮

带动。已知电动机的功率为，机械传动的效率为85%，搅拌轴的转速为5r/min，轴的直径为d=75mm，轴的材料为45号钢，许用剪应力为[]=60MPa。试校核轴的强度。

29.试求图示单元体内主应力的大小及方向，并在它们的中间绘出仅受主应力作用的单元体。

30 .试求图示各单元体内主应力的大小及方向，并在它们中间绘出仅受主应力作用的单元体。参考答案